某超长大底盘结构混凝土收缩和温度应力分析

谢学运

摘要：随着我国经济的发展，结构形式多样化。大底盘超长结构也越来越多。本文结合相关文献通过对贵阳某项目地上超长结构温度应力的分析，探讨温度对超长结构的影响，并提出设计方法，为类似项目结构设计提供参考。

关键词：超长结构 温度应力 混凝土收缩

1 引言

目前地上超长多塔裙房结构大部分采用伸缩缝与沉降缝将其分成若干个单体进行计算.但对某些具体项目，过多的沉降缝与伸缩缝严重影响建筑的美观与使用.本项目根据建设方要求，整个大裙房采用不分缝处理，因此需要对超长裙房结构进行温度及混凝土收缩应力的分析。

2 工程概况

该项目总建筑面积约31万平米，地下三层，地上32层，底部四层为商业裙房，上部为7栋28层住宅。裙房长182.8m，宽95.6米，单层建筑面积达1.63万平米，结构高度为21.2米；上部结构为住宅，屋面结构标高99.600；在裙房顶层设置转换层，平面图如图一所示。由于裙房以上塔楼较多，如设置沉降缝和伸缩缝，数量过多，业主难以接受；经设计研究，决定采用不设缝的方法。由于裙房结构长度较大，由混凝土收缩及温度产生的结构构件应力不可忽略，需要对裙房超长混凝土结构进行收缩及温度应力进行分析，采取可靠的加强措施控制混凝土裂缝。

图一 某大底盘裙房结构布置平面图

3 分析方法及主要措施

本工程项目非荷载应力主要由外界环境温度差及混凝土自身收缩组成。本工程温度对结构的影响主要由温降控制，从而忽略温升对结构的影响。为简化计算，将混凝土收缩折算成当量的温降，与环境温降进行叠加，采用PMSAP进行整体结构应力分析。

为最大限度的减小结构的非荷载应力，本工程根据规范两个方向每隔50米左右设置后浇带并根据施工进度及当地环境状况合理控制后浇带合拢时温度；采用低收缩混凝土材料并加强施工养护；屋面采取保温隔热等措施。

4 混凝水平温差

由于混凝土的热惰性，短时间内的温度变化不会对结构产生很大影响，温差的取值主要由月平均温度控制。本工程位于贵阳六盘水，当地最低气温为-3℃，最高气温30℃。1月平均气温3～6℃，7月平均气温19.8～20.0℃。参考《实用高层建筑结构设计》（第二版）第717页的内容，考虑裙房顶板覆土及室内温度（有空调）的影响，取屋盖结构最低平均温度，混凝土终凝温度。

因此，当混凝土终凝温度，结构屋盖最大温降-6.5。

普通楼盖按有空调房屋，室内平均温度可控制在左右，可不考虑温度对结构的不利影响。

5 混凝土收缩当量温差

裙房结构超长，两方向每隔50米左右设置后浇带，且后浇带在塔楼结构施工到下一进度时合拢。在后浇带合拢前，结构裙分成若干个单体自由收缩，可不考虑非荷载作用的影响。本节只考虑后浇带合拢后混凝土收缩引起的楼板应力，同时假定后浇带有合拢时间取为半年后，即180天。

混凝土的极限收缩应变计算参考王铁梦的《工程结构裂缝控制》一书中的相关计算方法。该方法原理先是确定某种标准状态下混凝土的最大收缩，任何其它状态下的最大收缩用各种不同的系数加以修正，计算公式中：

为任意状态混凝土的最大（最终）收缩应变；

为标准状态下混凝土的最大（最终）收缩应变；

为各种修正系数。

标准状态为：275号普通水泥；标准磨细度（比表面积2500～3500cm2/g）；骨料为花岗岩碎石；水灰比为0.4；水泥浆含量为20%；混凝土振动捣实；自然硬化；试件截面（截面水力半径的倒数）；测定收缩前湿养护7天；徐变试验为28天加荷；周围空气相对湿度为50%；徐变试验应力为棱柱强度的50%。

结构本工程具体情况，各影响因素及对应修正系数见下表：

影响因素 本工程实际情况 修正系数

水泥品种 普通水泥 1.0

水泥磨细度 3500 1.065

骨料 花岗岩 1.0

水灰比 0.50 1.21

水泥浆含量 30% 1.45

湿养护时间 28天（自然状态硬化） 0.93

周围空气相对温度 40% 1.10

操作方法 机械振捣 1.0

试件截面 等效楼板厚度30cm； 0.7

模量比及配筋率

（EsAs）/（EcAc） 假设梁板平均配筋率为1%，（EsAs）/（EcAc）=0.07 0.82

由《实用高层建筑结构设计》第二版（傅学怡著），混凝土收缩可折算成当量温降进行分析。

混凝土收缩应变的形成和发展与混凝土龄期密切相关，它可表征为：

─混凝土极限收缩应变；

─龄期t（d）混凝土收缩应变。

混凝土极限收缩应变；后浇带有合拢时间取为半年后，即180天；则混凝土前180天龄期收缩应变：

结构整体收缩应变扣除前180天收缩量后：混凝土温差自由应变为式中：

混凝土线膨胀系数。

由收缩引起的混凝土当量温降：

实际计算时取混凝土收缩当量温降。

6 温度应力分析

由以上计算可知，由溫差和混凝土收缩引起的综合最大温降为。采用中国建筑科学研究院编制的PMSAP程序对对大底盘超长混凝土进行结构应力分析，楼面应力结果如图二

图二 裙房屋面温度应力云图 图三，楼板配筋方案

裙房屋面降温工况下楼板平均拉应力约2800KN/m2，温度钢筋为三级钢，楼板厚度为150mm，每米板宽内的钢筋截面面积：2800/1000X1000X150/360/2=583.5mm2，所以抵抗温度应力钢筋配双层双向12@200；提取某典型楼板做详细分析，在恒、活荷载作用下，此楼板面筋及底筋所需配筋为10@200，配筋方案详图三。

7 结论及大底盘裙房的其它加强措施

本工程裙房端部均为塔楼，结构刚度较大，造成楼板温度应力较大，楼板配筋增大较多。此外，温度应力引起墙柱附加剪力不可忽略，由于本工程为超限结构，端部墙柱配筋由中大震控制，但对普通结构，可能由温度应力组合控制，结构设计应引起注意。除按温度应力进行配筋外，裙房还采取以下构造措施

1.裙房屋面板覆土400厚，可有效减小使用阶段的温差，控制温度应力。

2.裙房屋面梁所有腰筋均应满足抗扭筋的锚固长度要求，以充分利用梁腰筋。

参考文献

《实用高层建筑结构设计》（第二版） 作者：傅学怡 出版社：中国建筑工业出版社

《工程结构裂缝控制》 作者： 王铁梦 出版社： 中国建筑工业出版社